문 01. 담금질 강의 냉각조건에 따른 변화 조직에 해당하지 않는 것은?
① 시멘타이트
② 트루스타이트
③ 소르바이트
④ 마텐자이트
①
<담금질 조직 경도 순서>
(크다)마 트 소 오(작다)
<냉각 방법에 따라 얻어지는 조직>
급랭 마텐자이트
노랭 펄라이트
유랭 트루스타이트
공랭 소르바이트
<담금질 냉각 속도에 따른 조직>
(잔류 오스테에서 시작)
(빠르다)마 > 트 > 소(느리다)
문 02. 판의 두께 16mm, 리벳의 지름 16mm, 리벳의 구멍지름 17mm, 피치 64mm인 1줄 리벳 겹치기 이음에서 판의 효율은?
① 70.5%
② 71.7%
③ 73.4%
④ 75.0%
③
<강판의 효율>
$ \frac{1피치 내에 구멍이 있을 때의 판의 인장강도}{1피치 내에 구멍이 없을 때의 판의 인장강도} $
<강판의 효율> <리벳의 효율>
$\eta = \frac{p-d}{p}=1- \frac{d}{p} $ $\eta = \frac{n \pi d^{2} \tau }{4pt \sigma }$
$p$=피치, $d$=리벳의 지름, $t$=강판의 두께, $\tau $=리벳의 허용전단응력, $\sigma $=강판의 허용인장응력
<계산과정>
$\eta =1- \frac{17}{64} =1-0.266=0.734$
보통은 문제풀 때 리벳의 지름을 넣곤한다. 그런데 이 문제는 진짜 얍삽하게 리벳의 구멍지름을 또 추가로 줬다. 강판에 뚫려있는건 리벳의 지름이 아니라 결국 리벳의 구멍지름이기 때문에, 식에는 리벳의 구멍지름을 대입하여 푼다. 더럽다.
문 03. 큐폴라(cupola)의 용량에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 1회에 용해할 수 있는 구리의 무게를 kg으로 표시한다.
② 1시간에 용해할 수 있는 구리의 무게를 kg으로 표시한다.
③ 1회에 용해할 수 있는 쇳물의 무게를 ton으로 표시한다.
④ 1시간에 용해할 수 있는 쇳물의 무게를 ton으로 표시한다.
④
<용선로, cupola>
큐폴라라고도 하며 주철을 용해할 때 사용하며, 크기는 1시간에 용해할 수 있는 쇳물의 무게를 ton(톤)으로 표시한다.
<반사로>
금속을 용해하여 정련하는 노이다. 아궁이와 용해실이 분리되어 있고 화염은 노의 정상부를 따라 흐르며, 노의 천정과 옆벽으로부터의 반사열로 원료를 용해하는 노이며, 연료는 석유 또는 중유를 사용한다.
<전기로>
전열을 이용하여 고철, 선철 등의 원료를 용해하여 강 또는 합금강(특수강)을 만드는 제강법으로 우수한 품질의 강을 만들 수 있는 장점이 있다.
<도가니로>
합금강을 용해할 때 사용하며, 크기는 1회에 용해할 수 있는 구리(Cu)의 중량(kg)을 번호로 표시한다. 예를들면, 구리 100kg을 용해하면 100번 도가니로라고 한다.
<각종 노의 크기>
용광로: 1일 산출 선철의 무게를 ton으로 표시
용선로: 1시간당 용해량을 ton으로 표시
전로·평로·전기로: 1회에 용해, 산출 무게를 kg, ton으로 표시
<각종 노의 용도>
주철용: 전기로, 큐폴라
주강용: 전기로, 전로, 평로, 반사로
비철합금용: 전기로, 도가니로
문 04. 원형 소재의 테이퍼 절삭에 가장 적합한 공작기계는?
① 선반
② 밀링 머신
③ 보링 머신
④ 드릴링 머신
①
문 05. 4행정 사이클 기관에서 2사이클을 진행하면 크랭크축은 몇 회전 하는가?
① 2회전
② 4회전
③ 6회전
④ 8회전
②
<2사이클기관>
크랭크축 1회전(피스톤 2행정)에 1사이클을 완료하는 기관
<4사이클기관>
크랭크축 2회전(피스톤 4행정)에 1사이클을 완료하는 기관
크랭크축의 회전수는 2행정 사이클 기관에서는 사이클수와 같고 4행정 사이클 기관에서는 사이클수의 2배이다.
문 06. 유니파이 보통나사에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 산의 각도 55° - 기밀유지용 나사
② 산의 각도 60° - 기호 UNC
③ 산의 각도 55° - 1인치 내 산의 수로 표시
④ 산의 각도 60° - 미터 단위 표시
②
<나사산의 각도>
- 미터 나사 60°
- 유니파이 나사(ABC나사, 인치계) 60°
- 관용나사 55°
- 미터계(Tr) 사다리꼴 나사 30°
- 인치계(Tw) 사다리꼴 나사 29°
- 둥근 나사(너클나사, 원형나사) 30°
- 톱니 나사 30°, 45°
문 07. 전단금형에서 펀치와 다이의 틈새가 작을 경우 발생하는 현상에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 금형의 파손 가능성이 적다.
② 전단날의 마모가 적다.
③ 파단면의 각도가 커진다.
④ 제품의 정도가 향상된다.
④
① 금형의 파손 가능성이 커진다.
② 전단날의 마모가 증가된다.
③ 파단면의 각도가 작아진다.
④ 전단금형에서 펀치와 다이의 틈새가 작을 경우 제품의 정도가 향상된다.
실제 전단작업에서 간극은 판재두께의 2~8% 정도로 설정한다. 정밀블랭킹의 경우는 간극을 최소 1%까지도 설정한다. 일반적으로 소재가 연하면 간극을 작게하고 판재가 두꺼울수록 크게 한다.
<전단 작업 공정, shearing process>
- 간극은 전단면의 형상과 품질을 결정하는 가장 중요한 인자이다.
→ 펀치와 다이의 간극이 작을수록 깨끗한 단면이 얻어진다.
- 간극이 클수록 전단면은 거칠어지고 변형영역이 커진다.
→ 판재는 간극 내로 잡아당겨지므로 모서리부는 둥글게 휜다.
- 간극이 너무 크면 금속판재에 전단변형이 일어나지 않는다.
→ 오히려 휘면서 인장응력을 받는다.
- 간극은 판재두께의 2~8% 정도로 설정하는 것이 보통이다.
- 정밀블랭킹의 경우에는 최소 1%까지 설정하기도 한다.
- 소재가 연하면 간극을 작게 한다.
- 판재두께가 두꺼울수록 크게 한다.(최대 10%까지)
- 전단면부위에는 높은 변형률이 생기면서 심한 냉간 가공을 받는다.
→ 후속 판재가공작업에서 성형성에 좋지 않은 영향을 주기도 한다.
- 블랭킹 작업은 다이의 직경이 제품의 치수로 되어야한다.
- 펀칭에서는 펀치의 직경이 제품의 치수로 되어야 한다.
<전단 작업의 주요 공정 변수>
- 펀치하중, 펀치속도, 표면상태, 펀치나 다이 재료
- 펀치와 다이의 코너반경, 펀치-다이 간극, 윤활 등
<전단작업과 간극>
$C= \frac{tH}{vR} $
C = 간극, t = 두께(최대 10%까지), R = 거칠기, v = 전단속도, H = 재질의 단단함의 정도(연성일수록 값이 작음)
문 08. 공작기계인 선반의 구조에서 공구대를 포함하는 부분은?
① 왕복대
② 심압대
③ 주축대
④ 베드
①
<왕복대의 구성 성분>
(왕)이 (공)(복)에 (앞치마)를 두르고 (새들)을 잡아먹었다.
문 09. 회전수 400rpm, 이송량 2mm/rev로 120mm 길이의 공작물을 선삭가공할 때 걸리는 가공 시간은?
① 7초
② 9초
③ 11초
④ 13초
②
<절삭시간>
T = L / Ns
T = (120 / 400 x 2) x 60sec
T = 9 sec
문 10. 진원도를 측정하는 방법 중 측정한 도형을 n등분하여 구한 평균원의 중심을 기준으로 외접원과 내접원의 반경 차를 진원도로 결정하는 방법은?
① 최소 영역중심법
② 최소 외접원중심법
③ 최대 내접원중심법
④ 최소 자승중심법
④
<최소 영역중심법, MZC>
영어로는 Minimum Zone Circle Method이라하며, 측정 도형을 사이에 두는 2개의 동심원의 반경 차이가 가장 작아지도록 2원의 중심좌표를 측정도형의 중심과 맞출 때의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최소 외접원중심법, MCC>
영어로는 Minimum Circumscribed Circle Method이라하며, 측정 도형에 외접하는 원을 결정하여 그 중심을 측정 도형의 중심에 맞춰 그것과 같은 중심을 가지며 2개 원의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최대 내접원중심법, MIC>
영어로는 Maximum Inscribed Circle Method이라하며, 측정 도형에 3점으로 내접하는 원을 결정하여 그 중심을 측정 도형의 중심에 맞춰 그것과 같은 중심을 가지며 측정 도형에 외접하는 원을 그려 2개의 원의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최소 자승중심법, LSC>
영어로는 Least Square Circle Method이라하며, 진원도를 측정하는 방법 중 측정한 도형을 n등분하여 구한 평균원의 중심을 기준으로 외접원과 내접원의 반경차를 진원도로 결정하는 방법
문 11. 재료의 재결정온도보다 높은 온도에서 가공하는 열간가공의 특징으로 가장 옳은 것은?
① 치수정밀도 저하
② 큰 변형응력 요구
③ 정밀한 치수
④ 가공경화로 인한 강도 상승
①
<열간가공>
- 열간가공은 재결정을 시키고 가공하는 것
→ 새로운 결정핵이 생성되었다는 것임
→ 결정핵은 크기도 작고 매우 무른 상태이기 때문에 강도가 약함
→ 따라서 연성이 우수하므로 가공이 잘 되는 정도가 크다.
→ 가공이 수월하므로 동력이 적게 들것이고, 가공시간이 빠름
→ 대량생산도 가능해진다.
- 재결정 온도 이상에 계속 노출
→ 새로운 결정은 성장하고, 결정립이 커지는 조대화가 일어난다.
→ 성장하며 배열을 맞춰가니 재질이 균일화된다.
→ 이 말은 곧, 결정립 구조의 방향성이 사라짐
→ 제품의 균일성(표면 거칠기)이 적어지고 등방성 구조를 가지게 됨
→ 높은 온도에서 가공을 하니, 산화가 잘 발생한다.
→ 즉 제품표면에서 산화가 일어나 거칠기가 크다.
- 빵 구울 때 원하는 모양으로 안 구워진다.
→ 열간가공 또한 치수 정밀도가 떨어진다.
문 12. 4개의 케이블로 지탱되고 있는 자중 500kgf의 엘리베이터에 몸무게 80kgf인 성인 남자 6명이 동시 탑승하였다. 이때 각 케이블에 작용하는 응력의 크기는? (단, 케이블의 단면적은 $10^4mm^2$이다.)
① 245$kgf/m^2$
② 2,401$kgf/m^2$
③ 24,500$kgf/m^2$
④ 240,100$kgf/m^2$
③
<응력, stress>
물체에 인장, 압축, 굽힘, 비틀림 등의 외력이 작용하면 물체 내부에 그 크기에 대응하여 재료 내부에 저항력이 생기며 이것을 내력이라고 한다. 이 내력을 단위면적으로 나누어 준 것이 바로 응력이다.
<계산과정>
$\sigma = \frac{500+(80 \times 6) (kgf)}{4 \times 10^4(mm^2)} \times \frac{10^6(mm^2)}{1(m^2)} $
문 13. 단면적이 250$mm^2$이고 표점길이가 25cm인 원형 단면을 가진 재료시편의 탄성계수 E를 측정하기 위해 탄성범위 내에서 500kN의 인장력을 가하였을 때 변형된 길이가 5mm였다면 이 재료의 선형 탄성계수는?
① 100kPa
② 100GPa
③ 2kPa
④ 2GPa
②
<탄성계수>
$E= \frac{ \sigma }{ \varepsilon } = \frac{PL}{A \Delta L} $
<계산과정>
$E= \frac{500 \times 10^3 \times 25 \times 10(N·mm)}{250 \times 5(mm^3)} =100,000 MPa=100Gpa$
문 14. <보기>와 같이 호스 단면의 직경 D₁ = 4 cm, 노즐 단면의 직경 D₂ = 2 cm인 소방호스가 있다. 이 호스를 통하여 초속 1 m/s의 물을 대기 중으로 분출하기 위해 필요한 소방호스 내부 수압을 설명한 것으로 가장 옳은 것은? (단, 호스 내부의 마찰손실과 대기압은 무시하며 물의 밀도는 1,000 kg/m³이다.)
① 200~300Pa 범위의 값이다.
② 300~400Pa 범위의 값이다.
③ 400~500Pa 범위의 값이다.
④ 500~600Pa 범위의 값이다.
③
<연속 방정식>
질량 보존 법칙을 기반으로 한다.
$Q=A_1V_1=A_2V_2$
<베르누이 가정>
정상류, 비압축성, 유선을 따라 입자가 흘러야 한다.
비점성(유체입자는 마찰이 없다라는 의미)
$\frac{P}{ \rho g}+ \frac{V^2}{2g}+Z=C $
<에너지선, energy line>
- 에너지선 = 압력수두 + 위치수두 + 속도수두
- 수력구배선 = 압력수두 + 위치수두
→ 에너지선은 수력구배선보다 항상 속도수두만큼 위에 있다.
베르누이 방정식은 에너지 보존의 법칙을 적용함.
<계산과정>
1) $V_1$ 구하기
$\frac{ \pi D_1^{2} }{4}V_1=\frac{ \pi D_2^{2} }{4}V_2 $에서, 앞 상수 $\frac{ \pi }{4} $는 소거, $0.04^2 \times V_1=0.02^2 \times 1$, $4V_1=1$이므로, $V_1= \frac{1}{4} m/s$
2) 베르누이 방정식에 대입하기
$\frac{P_1}{1,000g}+ \frac{V_1^2}{2g}+z_1 =\frac{P_2}{1,000}+ \frac{V_2^2}{2g}+z_2 $에서, 대기압 무시, 동일선상이므로, $P_2$와 $z_1$, $z_2$가 소거된다.
$\frac{P_1}{1,000g} + \frac{V_1^2}{2g}= \frac{V_2^2}{2g} $에서, 중력가속도를 소거시키고 값 대입하면,
$\frac{P_1}{1,000}+ \frac{1}{16 \times 2} = \frac{1}{2} $, $\frac{P_1}{1,000}=( \frac{1}{2}- \frac{1}{32} ) = \frac{1,000 \times 15}{32} =468.75Pa$
문 15. 유체기계 사용 시 점성을 동반하는 유체 유동의 동점성계수(kinematic viscosity)를 설명한 것이다. 옳은 것을 아래에서 모두 고른 것은?
ㄱ. 유체의 압력을 밀도로 나눈 값이다.
ㄴ. 유체의 점성계수(coefficient of viscosity)를 밀도로 나눈 값이다.
ㄷ. 단위는 Poise(P)이다.
ㄹ. 단위는 Stoke(St)이다.
① ㄱ, ㄷ
② ㄱ, ㄹ
③ ㄴ, ㄷ
④ ㄴ, ㄹ
④
<동점성계수, kinematic viscosity>
유체의 점성계수(coefficient of viscosity)를 밀도로 나눈 값이며, 단위는 Stoke(St)이다.
<점성계수의 차원>
μ = N·s/m² = kg/m·s = Pa·s = [FL⁻²T] = [ML⁻¹T⁻¹]
<동점성계수의 차원>
ν = m²/s = [L²T⁻¹]
문 16. 인발가공(drawing)에 대한 설명 중 가장 옳은 것은?
① 다이의 구멍보다 작은 일정한 단면의 소재를 구멍의 크기와 모양으로 줄이는 가공이다.
② 압출력에 의한 소성변형 가공이다.
③ 와이어 드로잉 머신에서는 직경 약 5mm 이상의 선을 뽑을 수 있다.
④ 냉간 인발은 가공에 큰 힘이 소요되지 않으며 가는 재료의 가공에 사용된다.
④
① 다이의 구멍보다 큰 일정한 단면의 소재를 구멍의 크기와 모양으로 줄이는 가공이다.
② 인장력에 의한 소성변형 가공이다.
③ 와이어 드로잉 머신에서는 직경 약 5mm 이하의 선을 뽑을 수 있다.
④ 인발이라는 가공 자체가 가는 재료에만 해당되기 때문에 냉간/열간과는 관계없이 가공에 큰 힘이 소요되지 않으니 옳은 보기라고 해석
문 17. 유체 경계층(boundary layer)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 정상 유동과 비정상 유동의 경계를 이루는 층
② 층류 영역과 난류 영역의 경계를 이루는 층
③ 점성 유동 영역과 비점성 유동 영역의 경계를 이루는 층
④ 아음속 유동과 초음속 유동 사이의 변화에 의해 발생하는 층
③
<유체 경계층, boundary layer>
점성 유동영역과 비점성 유동영역의 경계를 이루는 층. 물체의 표면에 매우 근접한 부분에 존재하는 유체의 층이다. 경계층은 점성력(viscouse force)에 의한 현상이며 경계층 내에서는 유동이 점성의 영향을 크게 받는다.
문 18. 원통 내면에 대한 가공방법 중 호닝이 연삭에 비해 우수한 점이 아닌 것은?
① 열에 의한 변질층이 적다.
② 내마멸성과 윤활성이 우수한 다듬질면을 얻을 수 있다.
③ 가공 능률이 높다.
④ 가공에 의한 표면 변질이 적다.
③
연삭에 비해 호닝의 가공능률은 낮다.
문 19. 프레스 베드에 놓인 성형 다이 위에 블랭크를 놓고, 위틀에 채워져 있는 고무 탄성에 의해 블랭크를 아래로 밀어 눌러 다이의 모양으로 성형하는 방법은? (단, 판 누르개의 역할을 하는 부판은 없다.)
① 게링법
② 마폼법
③ 하이드로폼법
④ 스탬핑법
①
<게링법, guerin process>
프레스 베드 위에 놓인 성형 다이 위에 블랭크를 놓고, 위틀에 채워져 있는 고무 탄성에 의해 밀어 누른 다음, 다이의 모양으로 성형하는 성형법이다. 이 방법은 항공기 제작에 이용한 방법으로 펀치 또는 다이 어느 한쪽만을 만들면 되고 상대형은 생략할 수 있어 깊이가 얕은 부품이나 소량 생산에 이용되고 있다. 그러나 주름이 생기기 쉽고, 깊은 수직벽이 있는 드로잉에는 알맞지 않다. 마폼법과의 구분은 부판이 없는 것이 게링법이다. 암기는 부판없게링~
<마폼법, marform process>
틀에 채워진 고무 속에 블랭크를 펀치로 밀어 넣어 성형하는 방법으로, 게링법과 유사하나 다른 점은 판 누르개의 역할을 하는 부판이 있으며, 블랭크는 고무의 압력에 따라 펀치와 같은 모양으로 성형된다. 고무의 압력은 주름 누르개로 조절할 수 있으며, 형 드로잉보다 깊은 것과 복잡한 드로잉을 할 수 있다.
<하이드로폼법, hydroform process>
고무 대신 액체를 이용한 액압에 의한 성형법
<스탬핑법, stamping process>
요철이 있는 위아래의 형 사이에 소재를 끼우고, 충격으로 압력을 가해 소재의 평면에 요철을 만드는 가공법
<폼 올 프로세스, form all process>
하이드로폼법과 마폼법의 중간의 간편한 공구 장치로, 드롭 해머에 의한 성형법이다. 상공구(forming unit)는 마폼법의 고무 다이(die)와 하이드로폼법의 액압 내실을 합친 것으로, 액체는 밀봉되어 조절할 수 없다. 고무 다이의 자유로운 변형에 적응할 수 있도록 되어 있다.
문 20. 수면에 떠 있는 선체의 저항 측정시험과 풍동실험을 통해 자동차 공기 저항 측정시험을 하고자 한다. 이때 모형과 원형 사이에 서로 역학적 상사를 이루려면 두 시험에서 공통적으로 고려해야 하는 무차원수는?
① 마하수($Ma$)
② 레이놀즈수($Re$)
③ 오일러수($Eu$)
④ 푸루드수($Fr$)
②
모형과 원형 사이에 서로 역학적 상사를 이루려면 두 시험에서 공통적으로 고려해야 하는 무차원수는 레이놀즈수(Re)이다.
<기하학적 상사>
모형과 원형 사이에 대응하는 두 점 간의 길이비가 모든 방향으로 일정해야 한다.
<동역학적 상사>
원형과 모형 간에 대응하는 힘의 비가 모든 종류의 힘에 대하여 동일하다. 관 수로 흐름, 수중에 잠긴 물체 주위에 형성되는 흐름 등의 경우에 중력에 비해 점성력이 흐름을 지배하므로 레이놀즈 상사법칙이 성립한다.
<운동학적 상사>
원형과 모형 사이에 대응하는 점의 속도비가 동일하고, 속도들이 동일한 방향이어야 한다.(기하학적 상사와 동역학적 상사가 성립하는 경우에는, 경계조건을 상사시키면 내부의 모든 점에서 자동적으로 운동학적 상사가 성립한다.)
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